Способ определения оптимальной геометрии передней поверхности режущего инструмента Советский патент 1982 года по МПК B23B27/00 

(54) СПОСОБ .ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПЕРЕДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

1

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в различных отраслях Народного хозяйства при обработке деталей из металлов,преимущественно мягких трудйообрабатываеемых сплавов, упрочняемых при деформации (нержавеющих, жаропрочных, титановых и других сплавов).

Известен способ определения оптимальной геометрии передней поверхности режущего инструмента, при котором соверщают пробные проходы и контролируют переднюю поверхность 1.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получить форму передней поверхности режущего инструмента, адаптированную по механическим и теплофизическим свойствам обрабатываемого материала, поэтому резание мягких сталей и сплавов сопровождается слишком больщим сопротивлением движению стружки по передней поверхности. Пластическая деформация, распространяющаяся за поверхность резания и опережающая зону резания, называется опережэощей деформацией. Существование оперех ающей пластической деформации подтверждается изменением формы обрабатываемой поверхности, которая под действием пластического течения мета.пла вдол-ь главной режущей кромки образует волну остаточной деформации. Опережающая деформация оказывает влияние на величину шероховатости обработанной поверхности. Объем металла, находящийся я поверхностью резания, неоднократно нак, пывается и после этого происходит дефо) 10 мирование металла в зоне образования стружки, а затем его срезание.

Такие условия резания приводят к тому, что жаропрочные деформируемые сплавы в настоящее время имеют обрабатываемость в раз ниже стали 45, а скорость резания титановых сплавов в 2-6 раз ниже, чем той же стали 45.

Цель изобрете;ния - улучшение геометрических параметров передней поверхности режущего инструмента для обработки труд20 необрабатываемых сплавов, упрочняемых при деформации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения оптимальной геометрии передней поверхности режущего

инструмента, при котором совершают пробные проходы и контролируют переднюю поверхность, после пробного прохода выявляют и удаляют следы стружки йа передней поверхности и замеряют величину остаточной деформации на обрабатываемой поверхности, после чего указанные операции повторяют до устранения остаточной деформации.

Для осуществления способа может быть использована в качестве исходной любая передняя поверхность режущего инструмента.

Сущность способа заключается в адаптации передней поверхности режущего инструмента по свойствам обрабатываемого материала, для чего инструмент подвергают кратковременному испытанию при резании в условиях, приближенных к тем, в которых он будет работать, например инструмент устанавливают в резцедержателе токарного станка, в патроне которого закреплена цилиндрическая заготовка, по материалу которой должна быть адаптирована передняя поверхность инструмента: Длину прохода выбирают не более 10 мм. Производят операцию точения, определяют высоту волны остаточной деформации на обрабатываемой поверхности, выявляют и удаляют следы стружки и повторяют указанные операции до полного устранения остаточной деформации. Причем исходную трехмерную форму передней поверхности выполняют щлифовальным кругом, закрепленным по шаблону.

Операцию точения проводят при глубине резания 1,5-2,0 мм, подаче 0,1 -0,3 мм/об и скорости резания, превышающей в 1,5- 2 раза принятую для данного сплава.

При этом после каждой операции точения следы стружки на передней поверхности удаляют шлифовальным кругом до равномерного расположения следа по всей длине режущей кромки инструмента и измеряют высоту волны остаточной деформации, характеризующую сопротивление трехмерной поверхности движению стружки.

Создание обтекаемой формы передней поверхности режущего инструмента обеспечивает минимальное сопротивление движению сходящей стружки. Деформация при этом не распространяется за поверхность резания, в зону образования стружки поступает ненаклепанный металл. Степень обтекания твердого тела твердым телом выявляется высотой волны остаточной деформации, которая находится в плоско-напряженном состоянии под действием деформации, распространяющейся из зоны образования стружки. Комплексное изготовление обтекаемой поверхности при активном контроле качества обтекания позволяет установить оптимальные условия в зоне резания и На контактных поверхностях инструмента и регистрировать их рабочими параметрами передней поверхности. Установление рабочих параметров передней поверхности и получение их семейства в зависимости от свойств обрабатываемых

сплавов возможно благодаря использованию остаточной деформации при оценке процесса обтекания. В активный контроль качества обтекания входят высота волны остаточной деформации, следы стружки на контактных поверхностях, вид стружки, форма поперечного ее излома и микроструктура продольного сечения стружки.

Используя возможность адаптации передней поверхности по механическим и теплофизическим свойствам обрабатываемого сплава при контроле сопротивления, которое встречает металл, двигаясь по передней поверхности режущего клина, создана исходная трехмерная поверхность, которая является обтекаемой для данного обрабатываемого сплава. Трехмерная передняя поверхность имеет профилированную канавку, отделенную от главной и вспомогательной режущих кромок и вершины ленточкой равной ширине, превышение которой над дном канавки увеличивается с удалением от вершины резца. В результате передний угол у изменяется, переходя от нулевого значения при наибольшем теплопоглощении к положительному значению.

Трехмерная передняя поверхность резца, предназначенного для получистового и чистового точения ее, меняет свои геометрические размеры в зависимости от свойств другого обрабатываемого сплава.

Адаптацию исходной трехмерной поверхности для каждой повой марки сплава или их групп проводят следующим образом.

Определяют высоту волны остаточной деформации для каждого сплава при точении подрезным резцом (Т15К6 и др.), имеющим величины углов после доводки у 0°; А 0°; 4- 90°; ср 10°; С

1 -10° и г 0,5 мм.

Режим резания V 60 м/мин; S 0,15 мм/об; t 2 мм. Длина прохода - 10 мм. Замеряют высоту остаточной деформации. Обточенный образец длиной 25- 30 мм отрезают для изготовления микрошлифа с остаточной деформацией и замера микротвердости.

Производят предварительную заточку двухмерной поверхности подрезного резца с длиной режущей кромки не более 5-6 мм, оснащенного твердым сплавом, с углами у 0°, А +5° и ср 90°, которую выполняют при обычном режиме шлифования на универсальНо-заточйом станке. Радиус при вершине должен быть выполнен без резких переходов по чертежу обрабатываемой детали. Доводку контактных поверхностей производят до Ra 0,80-0,63 мкм.

Выполнение трехмерной формы передней поверхности (канавки) производят на том же оборудовании. Заточенный резец закрепляют в тиски, которые устанавливают над осью разворота стола, и устанавливают передний угол у 0°, угол наклона дна канавки Л, 0°, при этом разность угла Наклона дна канавки и главной режущей кромки равна 5°. Изменение разности углов позволяет при всех постоянных параметрах заточки менять интенсивность изменения величин передних углов в канавке. Шлифовальный круг заправляют по шаблону со следующими размерами R 1,16 мм (с координатами X 1,2 мм и Y 0,06 мм) и R2 2,54 мм (с координатами X 1,1 мм и Y 1,44 мм). Угол разворота колонки 8° против часовой стрелки, а стол поворачивают на то же угол в противоположную сторону. В результате этих разворотов главная режущая кромка должна быть расположена почти параллельно продольному движению левой части профиля круга. Шлифование канавки начинают с противоположной стороны от вершины рез ца и на расстоянии 2-3 мм от главной режущей кромки. Режим, шлифования обычный. Корректировку положения круга относительно продольного движения стола и резца производят неоднократно, пока не получат ленточку одинаковой щириНы на длине в 3-4 мм. Ширину ленточки выполняют меньше принятой подачи при точении. Дальнейшую шлифовку производят без увеличения глубины резания до тех пор, пока не будет получена заданная щирина ленточки, а дно канавки должно находиться от верщины рез ца приблизительно на расстоянии, равном ширине ленточки. Глубина канавки на расстоянии примерно в 4 мм от верщины достигает порядка 0,3 мм, а время ее изготовления лежит в пределах 2-3 мин. Операцию активного контроля качества обтекания только что заточенного резца с трехмерной передней поверхностью производят точением обрабатываемого сплава, когда фиксируют процесс обтекания, внедренного в металл резца глубиной распространения опережающей деформации за поверхность резания, т. е. высотой остаточной деформации на обрабатываемой поверхности. Режим точения устанавливают оптимальным Глубина резания должна быть не менее 1,5 2 мм, скорость резания до 100-120 м/мин, а поДача 0,1-0,3 мм/об. Резцы следует оснащать твердым сплавом (Т15К6, Т15К6Т, Т17К12 и ТЗОК4). В процессе резания следят за направлением схода стружки, радиусом закрутки, амплитудой ее колебания и частотой звуковых колебаний. Все эти параметры не должны отклоняться от нормы. При нарушении одного из параметров меняют профиль заправки круга, угол наклона дна канавки, который может быть положительным и отрицательным. При увеличении этого угла меняется интенсивность изменения передних углов. При увеличении угла наклона 1лавной режущей кромки увеличиьаегся амплитуда колебаний стружки. Операцию статического Koutpo.in качества обтекания проводят по следу, or-iJin.K-Hnoму стружкой, высоте остаточной деформации, поперечному излому стружки и микроструктуре металла продольного ее сечения. В поперечном сечении излом стружки должен иметь форму параллелограмма. Микроструктура продольного сечения не должна иметь обычных следов локальной деформации и значительного слоя текстуры в надрезцоЕюм слое. При адаптировании передней трехмерной поверхности режущего клина необходимо проводить контроль состояния контактных поверхностей клина при воздействии на них стружки и остаточной деформации. На передней поверхности режущего клина стружка оставляет участки отсутствия касания или участки, тормозящие ее движение, где могут появляться цвета побежалости. Их ликвидируют соответствующей правкой профиля круга, намечая места их зеркального отражения. След, оставленный стружкой, должен быть равномерным по длине режущей кромки, начинаться сразу за ленточкой, т. е. деформация стружки должна происходить на наклонной поверхности и заканчиваться несколько выше самых нижних точек канавки. Повторять эти операции следует д.о полного устранения остаточной деформации, которая может быть такой незначительной, что-за ее появлением приходится следить по пыльце, оседающей на бумаге, которую кладут на станину токарного станка. Профиль шлифовального круга, с помощью которого получена обтекаемая поверхность, надо зафиксировать дважды на пластмассовой плас тинке (гетинакс, органическое стекло), зажатой в тиски: первый раз в рабочем состоянии, а второй - когда колонку, стол и тиски устанавливают в исходное нулевое положение. Остаточная опережающая деформация отсутствует, геометрические размеры трех мерной обтекаемой поверхности зафиксировали динамику оптимального процесса резания данного обрабатываемого сплава, на чем и заканчивается последний этап адаптации для данного обрабатываемого сплава. Устранив остаточную деформацию, получают обтекаемую поверхность и срезаемый слой движется по ней с предельно низким внешним и внутренним трениями, в результате чего снижаются температура и усилие резания, возрастает стойкость и снижается шероховатость обработанной поверхности, т. е. улучшаются все параметры обрабатываемости. После установления оптимальных условий процесса в зоне резания и на контактных поверхностях инструмента для данного обрабатываемого сплава проведение долговременных испытаний на стойкость необязаСнижая величину деформации при снятии тружки, можно повысить размерную

( 1КП ь инс1 /мента до 10 раз без принения охла лющей жидкости, повысить скорость резания почти в 2 раза, на рабочей скорости резания снизить температуру резания на 80-100°С, повысить точность измерения при сокращ1енном времени остывания детали, снизить глубину наклепа и шероховатость обработанной поверхности на один класс и более, предельно снизить вибрации, обезопасить работу со стружкой, снизить расход электроэнергии на Наклеп и срезание наклепанного металла, повысить культуру производства, снизить износ оборудования, снизить расход твердосплавных пластин, уменьшить время на переточку резцов, повысить производительность за счет увеличения глубины резания при чистовом проходе до 1,5- 2,0 мм и повысить эффективность работы токарно-винторезНых станков, автоматических линий и станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Предлагаемый способ позволяет фиксировать рабочие геометрические размеры передней поверхности в процессе резания обрабатываемого металла, получать максимально допустимое соответствие геометрических размеров передней поверхности механическим и теплофизичёским свойствам обрабатываемого металла при оптимальном режиме резания, проводить обработку оптимальных геометрических размеров трехмерной передней поверхности без специальной аппаратуры в цеховых условиях, проводить отработку рабочих геометрических размеров передней поверхности режущего клина по меха ническим и теплофизичёским свойствам обрабатываемого металла при минимальном расходе средств и времени и установить функциональную зависимость рабочих геометрических размеров передней поверхности

режущего клина от механических и теплофизических свойств различных труднообрабатываемых сплавов для расчета рабочих параметров трехмерной поверхности по свой ствам обрабатываемого сплава.

После получения оптимальных размеров трехмерной обтекаемой передней поверхности инструмент обеспечивает максимально благоприятные условия резания, при этом предельно улучшаются все параметры обрабатываемости, поэтому необязательно проводить стойкостные, силовые и другие испытания инструмента.

Формула изобретения

Способ определения оптимальной геометрии передней поверхности режущего инструмента, при котором совершают пробные проходы и контролируют переднюю поверхность, отличающийся тем, что, с целью улучшения геометрических параметров передней поверхности режущего инструмента для обработки труднообрабатываемых сплавов, упрочняемых при деформации, после пробного прохода выявляют и удаляют следы стружки на передней поверхности и замеряют величину остаточной деформации на обрабатываемой поверхности, после чего указанные операции повторяют до устранения остаточной деформации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Исследование и разработка конструкций инструмента с механическим креплением многогранных пластинок. Отчет ВНИИ тема 17-73/1. М., 1975, с. 33-60 (прототип).